第七章車用發(fā)動機的增壓系統(tǒng)

第七章車用發(fā)動機的增壓系統(tǒng)1概述2機械增壓3渦輪增壓第一節(jié)概述將空氣預(yù)先壓縮后供入氣缸，以增加進氣質(zhì)量、從而增加循環(huán)供油量（多噴油），進而提高發(fā)動機動力性；增壓還能夠改善發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性。增壓的目的廢氣渦輪增壓（簡稱渦輪增壓）、機械增壓和氣波增壓等。對應(yīng)的增壓器分別為：廢氣渦輪增壓器、機械增壓器和氣波增壓器。增壓的基本類型一、機械增壓能夠有效提高發(fā)動機功率，與渦輪增壓相比，低速增壓效果更好。機械增壓器（壓氣機）與發(fā)動機直接機械聯(lián)系，變工況下的瞬態(tài)響應(yīng)性好，加速性好，尤其是低速時加速性好。機械增壓器由發(fā)動機驅(qū)動，消耗功率，因此燃油經(jīng)濟性降低。適用于小型汽油機或與渦輪增壓器復(fù)合使用。羅茨式壓氣機工作原理：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，空氣從壓氣機入口吸入，在轉(zhuǎn)子葉片的推動下空氣被加速而升高壓力，然后從壓氣機出口壓出。增壓比：出口壓力與進口壓力之比，通?？蛇_1.8；羅茨壓氣機的供氣量與轉(zhuǎn)速成正比。羅茨式壓氣機渦輪增壓優(yōu)點：燃油經(jīng)濟性好，可大幅降低有害氣體排放和噪聲水平；缺點：低速時排氣能量低，增壓效果差，低速加速性能較差。渦輪增壓器:由渦輪機和壓氣機構(gòu)成將發(fā)動機排出的廢氣引入渦輪機，廢氣的能量推動渦輪機葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動與其同軸安裝的壓氣機葉輪工作，新鮮空氣在壓氣機內(nèi)增壓后進入氣缸。排氣管中冷器壓氣機殼噴嘴環(huán)渦輪轉(zhuǎn)子軸進氣管

廢氣經(jīng)排氣管進入渦輪殼的噴嘴環(huán)，壓力和溫度下降，而速度提高，使渦輪高速旋轉(zhuǎn)。渦輪帶動壓氣機葉輪一起旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速高達10萬-20萬轉(zhuǎn)/分空氣經(jīng)濾清器后進入壓氣機，被壓氣機葉輪甩向外緣，使其速度和壓力增加，然后經(jīng)過進口小出口大的擴壓器和壓氣機蝸殼，使氣流的流速下降，壓力升高。增壓比k：壓力升高比，壓氣機出口壓力與進口壓力之比。增壓比升高，空氣溫度隨之升高，空氣密度的增長率會因之下降，并加大了柴油機零件的熱負荷。

加裝中間冷卻器：以降低進入發(fā)動機的空氣溫度，使充氣密度增大。渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理

車用渦輪增壓器由離心式壓氣機和徑流式渦輪機及中間體三部分組成。增壓器軸通過兩個浮動軸承支承在中間體內(nèi)。中間體內(nèi)有潤滑和冷卻軸承的油道，還有密封裝置等。1、徑流式渦輪機渦輪機作用是將發(fā)動機排氣的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功。徑流式渦輪機由渦殼、噴管、葉輪和出氣道等組成。排氣流過噴管時降壓、降溫、增速、膨脹，使排氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。壓氣機包括離心式（徑流式）和軸流式兩大類。徑流式：壓氣機旋轉(zhuǎn)時，空氣經(jīng)進氣道進入壓氣機葉輪，并在離心力的作用下沿壓氣機葉片1之間形成的流道從葉輪中心流向葉輪的周邊。空氣從旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得能量，使其流速、壓力和溫度均有較大的提高，然后進入葉片式擴壓管3。擴壓管為漸擴形流道，空氣流過擴壓管時減速增壓，溫度也有所提高。在擴壓管中，空氣所具有的大部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ堋?壓氣機增壓后發(fā)動機性能的變化采用廢氣渦輪增壓后，發(fā)動機性能在以下幾個方面得到改善：1.功率提高功率提高與增壓比直接相關(guān)，可增加50～200％，甚至更高。2.機械效率提高

3．經(jīng)濟性提高增壓使進氣壓力提高，改善了掃氣效果和燃燒條件，且發(fā)動機的機械效率又有提高，因而使燃油消耗率顯著降低。

增壓后，發(fā)動機燃燒壓力升高，各摩擦面上的摩擦損失增加，但由于發(fā)動機功率增加明顯，因此機械效率有所提高。增壓發(fā)動機的結(jié)構(gòu)特點增壓后，發(fā)動機機械負荷與熱負荷提高，因此發(fā)動機結(jié)構(gòu)也應(yīng)該相應(yīng)地改變：1．適當減少壓縮比。防止燃燒壓力過大，以保證發(fā)動機工作可靠，延長使用壽命；但也不能太低。2．供油系統(tǒng)的變化。增壓后進氣量增加，供油量也隨之增加，噴油壓力增大，因此應(yīng)加大噴油器的噴孔直徑。此外，增壓后壓縮壓力和溫度增加，使燃料著火落后期縮短，為防止最大燃燒壓力過高，應(yīng)適當減小供油提前角；但如供油提前角過小，會使燃燒惡化。

2、并聯(lián)式復(fù)合增壓系統(tǒng)：由機械增壓器和渦輪增壓器同時向發(fā)動機供給增壓后的空氣。在低速范圍內(nèi)主要靠機械增壓，而在高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)主要靠渦輪增壓。這種增壓系統(tǒng)使發(fā)動機低速時轉(zhuǎn)矩特性得到改善。1、串聯(lián)式復(fù)合增壓系統(tǒng)：空氣先經(jīng)過渦輪增壓器提高壓力后，進入中間冷卻器降溫，再經(jīng)機械增壓器增壓。這種增壓方式主要用于高增壓發(fā)動機上。復(fù)合增壓系統(tǒng)四、汽油機增壓的困難1、進氣系統(tǒng)中節(jié)氣門的存在使得發(fā)動機在低速小負荷時壓氣機容易發(fā)生喘振—渦輪增壓的困難。2、汽油機增壓后爆燃傾向增加。3、汽油機混合氣過量空氣系數(shù)小，燃燒溫度高，增壓后發(fā)動機和渦輪增壓器的熱負荷高。4、汽油機轉(zhuǎn)速高，范圍廣，發(fā)動機和增壓器匹配困難。5、渦輪增壓汽油機的加速性較差（增壓器葉輪的慣性），尤其是低速加速性差。五、電控汽油噴射式汽油機普及增壓的原因電控技術(shù)的應(yīng)用，可以方便地對汽油機增壓系統(tǒng)進行爆燃控制（即點火提前角控制）、放氣控制（即增壓壓力控制）和排放控制，因此克服了發(fā)動機和增壓器匹配的困難。1、爆燃控制：采用點火提前角自適應(yīng)控制系統(tǒng)，克服由于增壓而增加的爆燃傾向。利用爆震傳感器檢測爆燃信息，并傳送給ECU，ECU發(fā)出指令推遲點火時刻以消除爆震。待爆震消除后，自適應(yīng)地加大點火提前角，使發(fā)動機在最理想的狀況下工作。2、放氣控制：采用增壓壓力調(diào)節(jié)裝置，有進氣旁通閥和排氣旁通閥以及控制膜盒。大負荷高轉(zhuǎn)速時：廢氣能量大，增壓器轉(zhuǎn)速高，增壓壓力高；低轉(zhuǎn)速小負荷時：廢氣能量小，增壓器轉(zhuǎn)速低，增壓壓力低。因此，若增壓器按高速大負荷設(shè)計，則低速小負荷時發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩小，加速性差。3、增壓中冷：